hập số liệu khí tượng:
Số liệu nhiệu độ, độ ẩm, bức xạ tổng (SR), bức xạ UV, vận tốc gió và hướng gió được lấy tại các trạm khí tượng Nhà Bè, Tân Sơn Hòa, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất.
Phân tích, xử lý số liệu:
Phương pháp hồi quy đơn biến được chọn đánh giá tương quan giữa từng yếu tố khí tượng đối với sự biến đổi của ozone vì phương pháp này thể hiện được mối tương quan lớn nhất.
Phương pháp hồi quy đa biến được sử dụng nhằm đánh giá tổng quát ảnh hưởng của tất cả các yếu tố khí tượng và chất tiền thân sự biến đổi của ozonẹ Do tương tác qua lại giữa các biến khí tượng rất phức tạp và dựa trên tài liệu nghiên cứu môi trường tham khảo được, phân tích đa cộng tuyến giữa các biến độc lập được bỏ quạ
- Phân tích hồi quy được thực hiện trên phần mềm SPSS 13.0 - Biến phụ thuộc: nồng độ O3 (ppb) - Biến độc lập: • Nhiệt độ (oC) • Độ ẩm (%) • Tốc độ gió (km/h) • Hướng gió (độ) • Bức xạ tổng (W/m2) • Bức xạ UV (W/m2) • Nồng độ NO (ppb) • Nồng độ NO2 (ppb)
Các đồ thị, biểu đồ được thực hiện trên các phần mềm Sigmaplot 12.0, Golden Software Grapher 9.0, Excel 2007.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Sự biến đổi của ozone tại các vị trí khảo sát
Dữ liệu tại trường đại học Khoa học Tự nhiên-cơ sở Nguyễn Văn Cừ được sử dụng để mô tả chi tiết sự thay đổi của ozone trong một ngày; giữa các ngày trong tuần, các ngày trong từng tháng và các ngày trong giữa mùa mưa và mùa khô.
3.1.1. Sự biến đổi trong ngày của ozone
Nồng độ ozone từng ngày trong thời gian khảo sát được thể hiện ở Hình 3. 1. Tại vị trí Nguyễn Văn Cừ, nồng độ ozone trong thời gian nghiên cứu biến thiên từ 0.00 ppb đến 133.25 ppb. Trong bảy tháng nghiên cứu, nồng độ ozone trung bình ngày là (22.11 ± 11.56) ppb và có sự dao động lớn giữa thời gian ban ngày và ban đêm. Mức độ chênh lệch giữa ngày và đêm dao động trong khoảng từ 7.65 ppb đến 28.79 ppb. Cụ thể, vào ban ngày từ 6h đến 17h, nồng độ ozone thấp nhất là (15.08 ± 8.73) ppb và cao nhất là (44.25 ± 20.32) ppb. Ban đêm từ sau 18h đến 6h sáng hôm sau, nồng độ ozone thấp nhất là (7.43 ± 6.17) ppb và cao nhất là (15.46 ± 8.02) ppb.
Hình 3. 1: Biểu đồ đồng mức thể hiện nồng độ ozone từng ngày trong tháng liên tục từ 10/2011 đến 04/2012. (a: 10/2011, b: 11/2011, c: 12/2011, d: 01/2012, e: 02/2012, f: 03/2012, g: 04/2012)
Hình thái thay đổi trong ngày của ozone (Hình 3. 2) có bốn giai đoạn chính. Giai đoạn thứ nhất từ 4h - 6h, nồng độ ozone giảm nhanh đột ngột so với khoảng thời gian trước đó và duy trì ở mức trung bình 7.43-7.56 ppb. Giai đoạn thứ hai từ 6h đến 10h, nồng độ ozone tăng rất nhanh (7.28 ppb/h) và đạt cực đại vào khoảng 10h - 11h. Sau đó giữ ở ở mức 44.6 - 39.35 ppb từ 11 h - 13 h. Giai đoạn thứ ba từ sau 13 h cho đến 17 h, nồng độ ozone bắt đầu giảm nhanh và cuối cùng từ 17 h trở đi nồng độ ozone giảm chậm (0.37 - 0.57 ppb/h) cho đến 4 h sáng ngày hôm saụ
Hình 3. 2: Sự biến đổi giá trị nồng độ ozone trung bình trong ngày
Quy luật thay đổi trong ngày của ozone cơ bản như đã trình bày nhưng do nhiều yếu tố tác động mà giai đoạn biến đổi có thể xảy ra sớm hơn hoặc trễ hơn. Sự biến đội trong Hình 3. 3 cho thấy thời gian nồng độ ozone đạt cực đại trong ngày vào tháng 10/2011(9h - 10h) và tháng 11/2011 (9h - 10h) xảy ra sớm. Tháng 12/2011, tháng 01/2012, 03/2012 và 04/2012 thời gian đạt cực đại diễn ra bình thường, rơi vào giữa trưa từ 11 h - 13h. Riêng tháng 02/2012, thời gian đạt cực đạt trễ hơn một giờ (13h - 14h).
Hình 3. 3: Sự biến đổi trung bình ngày hằng tháng từ 10/2011 đến 04/2012 của ozone
Tại các vị trí Thảo Cầm Viên, Linh Trung, Nhà Bè, ozone được đo từ tháng 03/2012 đến 05/2012 được thể hiện trong Hình 3. 4. Kết quả khảo sát cho thấy, nồng độ O3 trung bình vào từng thời điểm trong ngày tại 4 vị trí có sự khác nhau về giá trị.
Hình 3. 4: Sự biến thiên nồng độ O3 trung bình vào từng thời điểm trong ngày tại vị trí
Nguyễn Văn Cừ, Thảo Cầm Viên, Thủ Đức và Nhà Bè từ
tháng 03/2012 đến 05/2012
Trong thời gian này nồng độ ozone tại các vị trí duy trì ổn định trong thời gian ban ngàỵ Nồng độ ozone tại vị trí Nguyễn Văn Cừ và Nhà Bè giữ ở mức thấp lần lượt là (27.51 ± 7.16) ppb
và (24.13 ± 6.98) ppb. Tại vị trí Thảo Cầm Viên và Linh Trung, nồng độ ozone trong thời gian khảo sát rất cao (96.56 ± 12.65) ppb cho vị trí Thảo Cầm Viên và (80.36 ± 6.48) ppb cho vị trí Linh Trung. Nồng độ ozone có xu hướng cao hơn về phía Tây Bắc thành phố bởi hoạt động gió chính trong thời gian này là gió Đông Nam.
3.1.2. Sự khác biệt của ozone giữa các ngày trong tuần
Sự hình thành của ozone có liên hệ với hoạt động phát thải, khi điều kiện phát thải thay đổi ozone sẽ thay đổi theọ Vì vậy nghiên cứu phân tích chuỗi dữ liệu nồng độ ozone theo các ngày trong tuần. Ban đầu nghiên cứu phân chuỗi dữ liệu theo các ngày trong tuần (thứ Hai đến thứ Sáu) và cuối tuần (thứ Bảy và Chủ Nhật) và phân tích sự khác biệt như nhiều nghiên cứu đã thực hiện trên thế giớị Tuy nhiên, kết quả phân tích không cho thấy sự khác biệt với cách phân chia dữ liệu như trên có thể do đặc điểm hoạt động riêng của thành phố Hồ Chí Minh. Do đó, nghiên cứu phân tích chuỗi số liệu theo từng ngày trong tuần. Kết quả từ phân tích này đã cho thấy có sự khác biệt về nồng độ và hình thái thay đổi trong ngày của ozone giữa các ngày trong tuần (Hình 3. 5).
Từ thứ Ba đến thứ Bảy nồng độ và sự thay đổi của ozone tương đồng nhaụ Sự khác biệt xảy ra vào ngày thứ hai và chủ nhật. Về giá trị nồng độ ozone trung bình 24h, có sự khác biệt giữa thứ Hai (24.07 ppb), Chủ Nhật ( 22.31 ppb) và các ngày còn lại (21.81 ppb). Vào cùng thời điểm từ 11 h đến 13 h, nồng độ ozone trung bình vào thứ hai đạt 50.54 ppb cao hơn Chủ Nhật là (43.07 ppb) và các ngày còn lại (46.54 ppb).
Nồng độ ozone trong ngày thứ hai có xu hướng cao hơn các ngày khác, thay đổi tăng - giảm nhanh hơn so với các ngày khác. Một điểm đáng chú ý khác là vào thời điểm từ 4h - 6h sáng, nồng độ ozone từ thứ Hai đến thứ Bảy giảm nhanh. Trong khi
vào ngày Chủ Nhật, nồng độ ozone không giảm nhiều và tăng nhanh sau đó. Nhưng vào khoảng 9h - 10h nồng độ ozone giảm đột biến từ 29.20 ppb xuống 20.82 ppb sau đó tăng rất nhanh để đạt mức 43.76 ppb.
Hình 3. 5: Sự biến đổi giá trị nồng độ trung bình giờ của ozone thứ Hai (hình a), Chủ Nhật (hình b) và các ngày từ thứ Ba đến thứ Bảy (hình c)
3.1.3. Sự biến đổi theo tháng và mùa của ozone
Bên cạnh việc phân tích sự thay đổi trong ngày, đề tài nghiên cứu cũng phân tích sự thay đổi theo tháng của chuỗi dữ liệu nồng độ ozonẹ Sự thay đổi nồng độ ozone trung bình từng tháng trong thời gian khảo sát được thể hiện trong Hình 3. 6 và Bảng 3.1.
So sánh giá trị trung bình từng tháng, nghiên cứu nhận thấy rằng nồng độ ozone có sự khác biệt, tăng giảm rõ rệt giữa các tháng. Nồng độ ozone bắt đầu tăng từ tháng 10/2011 đến tháng 12/2012. Vào tháng 12/2011, nồng độ ozone trung bình tháng đạt giá trị (31.69 ± 23.33) ppb, cao nhất trong thời gian nghiên cứụ Giá trị ozone cao nhất trong tháng là 124.84 ppb. Sau tháng 12/2011 nồng độ ozone giảm và duy trì ổn định qua các tháng 01, 02, 03/2012 lần lượt là (25.58 ± 16.24) ppb, (25.38 ± 19.47) ppb, (23.80 ± 19.04) ppb. Vào tháng 04/2012 nồng độ trung bình ozone giảm còn (17.73 ± 11.86) ppb. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
50 40 & 30 20 &ỊD c '<© Ễ 10 0 Mùa khô (b) I Mùa mưa Mùa
giữa mùa khô (từ tháng 11/2011 đến 03/2012) và mùa mưa (tháng 10/2011 và 04/2012) được xem xét. Giữa hai mùa này, sự thay đổi của ozone có sự khác biệt rõ ràng (Hình 3. 7).
Hình 3. 7: Sự biến đổi nồng độ trung bình trong ngày (hình a) và trung bình mùăhình b) của ozone giữa mùa khô và mùa mưa
Nồng độ trung bình các tháng mùa mưa là (17.27 ± 13.49) ppb thấp hơn mùa khô (26.17 ± 19.49) ppb. Nồng độ ozone trong mùa mưa luôn thấp hơn nồng độ ozone và mùa khô vào tất cả các thời điểm. Sự khác biệt nồng độ ozone trong mùa mưa và mùa khô thể hiện ở hình thái thay đổi trong ngàỵ Trong mùa khô, nồng độ ozone tăng
Tháng Trung bình tháng SD Max Min
Đơn vị: ppb 10/2011 16.80 15.13 87.12 0.00 11/2011 24.14 19.38 125.87 0.00 12/2011 31.69 23.33 124.87 0.50 01/2012 25.85 16.24 98.87 4.75 02/2012 25.38 19.47 133.25 0.75 03/2012 23.80 19.04 108.75 0.50 04/2012 17.73 11.86 103.75 0.50 Bảng 3. 1: Nồng độ ozone từng tháng từ tháng 10/2011 đến 04/2012
và giảm nhanh hơn mùa mưạ Biên độ dao động nồng độ ozone trong ngày vào mùa khô (9.82 - 54.09 ppb) lớn hơn mùa mưa (5.49 - 33.45 ppb).
3.1.4. So sánh sự khác biệt ozone ở thành phố Hồ Chí Minh và một số nghiên cứu
So sánh kết quả đo tại các vị trí nghiên cứu với một số nơi trên thế giới, nghiên cứu nhận thấy nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh có nhiều đặc điểm khác biệt so với nhiều đô thị lớn trên thế giớị Nồng độ ozone trong các nghiên cứu trên thế giới và trong đề tài được thể hiện trong
Bảng 3. 2 nhằm cho thấy sự khác biệt.
Tại thành phố Hồ Chí Minh biến đổi của ozone khác biệt giữa mùa mưa và mùa khô thay vì xu hướng bốn mùa trong năm. Sự khác biệt này xảy ra bởi điều kiện vị trí địa lý của thành phố Hồ Chí Minh so với các vùng khác. Giá trị ozone trung bình 24h trong mùa khô tại thành phố Hồ Chí Minh tương đương với giá trị ozone lớn theo mùa của nhiều thành phố lớn như Nam Kinh (Trung Quốc), Tokyo (Nhật Bản). Thậm chí nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh cao hơn rất nhiều nếu lấy các vị trí Linh Trung và Thảo Cầm Viên để so sánh.
Một đặc điểm khác là khoảng dao động nồng độ ozone tại thành phố Hồ Chí Minh lớn (vị trí Thảo Cầm Viên, 0.00 - 150.50 ppb). Giá trị trung bình cao và khoảng biến thiên giá trị lớn có thể là kết quả của các yếu tố. Trong đó vị trí địa lý ở vĩ độ thấp (10.80 B) là yếu tố quan trọng vì nhận được nhiều bức xạ mặt trời, cường độ bức xạ mạnh (3.95 kWh/m2ngày) và thay đổi lớn trong ngày khiến ozone thay đổi mạnh. Nhiệt độ cao cũng là một nguyên nhân thúc đẩy quá trình hình thành ozone tại thành phố Hồ Chí Minh thông qua thúc đẩy chuỗi phản ứng quang hóạ
Mỗi thành phố, khu vực có đặc trưng riêng về vị trí địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hộị Đồng thời các nghiên cứu ở các khu vực trên và trong nghiên cứu này có những điểm khác nhau về thời gian, phương pháp, điều kiện đo đạc nên việc so sánh còn hạn chế. Để tìm hiểu thêm về sự khác biệt cần nghiên cứu chi tiết hơn mà trong điều kiện của mình nghiên cứu chưa thể thực hiện được.
Tuy nhiên, từ những kết quả trên có thể rút ra một số nhận định về đặc điểm của ozone tại thành phố Hồ Chí Minh.
• Khoảng dao động giá trị trong thời gian nghiên cứu từ 0.00 dến 155.50 ppb.
• Nồng độ trung bình ngày trong thời gian từ tháng 03 - 05/2012 cao nhất đo được tại Thảo Cầm Viên (105.67 ± 23.15 ppb), tại Linh Trung, Nguyễn Văn Cừ, Nhà Bè nồng độ trung bình lần lượt là 79.48 ± 12.19 ppb, 27.51 ± 7.16 ppb, 23.86 10.43 ppb. Nồng độ có xu hướng cao về phía Tây Bắc thành phố.
Vị trí Khu
vực Thời gian, xu hướng Vĩ độ
Trung bình Max Min Nguồn
(ppb)
Buenos Aires, Argentina Đt 08-09/2001 34.620 N 20-30 40 10 [611
Thái Lan R 1996-2001 18.280 B 27.0 56 - [591 Nagoya, Nhật Bản Đt 1991-2001 35.170 B 60 0 [761 Vb 1991-2001 100 0 Tokyo, Kanto, Nhật Bản Đt 1985-2005, 7 h - 19h 35.70 B 29-51 [691 Giza Ai Cập Đt 2005, Mùa xuân 30.00 B 29.69 35.60 25.20 [441 2005, Mùa hè 47.80 56.40 37.60 2005, Mùa thu 64.00 77.46 51.30 2005, Mùa đông 42.70 51.10 33.60 2005, Năm 46.10 77.47 25.20
Tây Ban Nha Vb Ngày, tháng, mùa 40.40 B 150* 10* [241
Gothenburg, ThụyĐiển Đt 2002-2006 57.70 B 80 0 [701
Haryana, Ân Độ Đt 10/2004 29.00 B 33.4 ± 9.6 [481
Nam Kinh, Trung Quốc Đt
2000, Mùa xuân 32.10 B 27.0 ± 20.6 [911 2000, Mùa hè 22.8 ± 19.4 2000, Mùa thu 18.4 ± 16.7 2000, Mùa đông 14.1 ± 12.9
Tai Chung, Trung Quốc Đt 2007 24.230 B 182 [171
Tap Mun, Trung Quốc
Nt 1999-2000 22.30 B (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
34
[851
Tung Chung, Trung Quốc 20
Tsuen Wan, Trung Quốc 12
Jinan, Trung Quốc Đt
2003, Mùa hè 36.660 B 43.39 [811 2003, Mùa thu 22.13 2003, Mùa đông 14.43 2004, Mùa xuân 38.35 Thảo Cầm Viên, tp HCM Đt 03-04/2012, 08h-16h 10.80 B 105.67 ± 23.15 150.5 64.4 Linh Trung, tp HCM Đt 03-04/2012, 08h-16h 79.48 ± 12.19 96.02 54.1 Nhà Bè, tp HCM Đt 04-05/2012, 08h-16h 23.86 ± 10.43 43.3 10.2
Nguyễn Văn Cừ, tp HCM Đt 11/2011-03/2012, Mùa khô
26.17 ± 19.49 133.25 0.00
10/2011 & 04/2012, Mùa mưa 17.27 ± 13.49 103.75 0.00
• Vào đầu tuần ozone có xu hướng cao hơn các ngày khác trong khi giữa các ngày trong tuần và chủ nhật không có sự khác biệt đáng kể. Trong khi đó hình thái thay đổi ozone của ngày chủ nhật khác biệt với các ngày khác.
• Hình thái biến đổi và nồng độ ozone giữa các tháng có sự khác biệt rõ ràng trong đó cao nhất là tháng 12/2011, thấp nhất là tháng 10/2011 và tháng 04/2012. Sự biến đổi của ozone liên quan đến sự thay đổi của thời tiết trong thời gian nghiên cứụ
• Dù có sự khác biệt về nồng độ và hình thế biến đổi nhưng quy luật biến đổi chung trong ngày của ozone vẫn là thấp nhất vào thời gian từ 5h-6h sáng sau đó tăng nhanh chóng. Cực đại trong ngày của ozone xuất hiện sau 11h đến 13h , thay đổi trước hoặc sau khoảng thời gian này tùy theo điều kiện của từng tháng. Sau đó giảm dần về chiều cho tới sáng hôm saụ
• Nồng độ ozone tại vị trí quan trắc lớn hơn nhiều thành phố lớn trên thế giới và khoảng biến động trong ngày cũng lớn hơn.
3.2. Ảnh hưởng của các chất tiền thân đến sự hình thành ozone 3.2.1. Quan hệ biến đổi giữa nồng độ ozone và NOx
Quá trình hình thành và phân hủy ozone trong tầng đối lưu cơ bản phụ thuộc vào NO và NO2 thông qua các phản ứng:
NO2 + hv (L<420 nm) — NO + O(3P) O(3P) + O2 + M — O3 + M
NO + O3 —— NO2 + O2
Sự biến đổi của NO và NO2 sẽ liên quan đến sự biến đổi của ozone, do đó NO và NO2 được đo đồng thời với ozone và được phân tích để tìm hiểu mối quan hệ giữa chúng. Kết quả phân tích cho thấy động thái biến đổi của NO và NO2 với ozone có liên hệ với nhau nhưng là liên hệ nghịch. Trong Hình 3. 8 cho thấy mối quan hệ giữa các chất trong ngày theo các ngàỵ
Hình 3. 8 (a) thể hiện chung nhất quan hệ biến đổi của các chất trong suốt thời gian
nghiên cứụ Các giai đoạn tăng của ozone tương ứng với các giai đoạn giảm của NO, NO2
và ngược lại vào các giai đoạn tăng của NO, NO2 nồng độ ozone giảm. Khi phân tách chuỗi số liệu theo từng ngày trong tuần (Hình 3. 8-b, c, d), tương quan biến đổi này vẫn tương đồng. Tương quan biến đổi này có thể giải thích như sau: